Rezonanční výkon válcového piezoelektrického měniče(2)

Konstrukce tohoto válcového měniče je realizovat elektroakustickou konverzi pomocí vibrací tloušťky prvku z kompozitního materiálu 1-3-2 k získání jednotné směrovosti v horizontálním směru. Konstrukční frekvence převodníku je 74kHz. Za účelem analýzy a predikce rezonanční frekvence piezoelektrického měniče se k simulaci měniče používá software pro analýzu konečných prvků. Jedna osmina válcového pole  Vybere se materiál PZT piezokeramika , to znamená, že se vymodeluje jeden kus pásku kompozitního materiálu 1-3-2 a podkladu. Velikost kompozitního materiálu je přesně stejná jako skutečná velikost vzorku. Vnější průměr podložky je 60 mm, tloušťka stěny trubky je 5 mm a výška je 15 mm. Obrázek ukazuje režim vibrací tloušťky jednoho prvku převodníku a jeho rezonanční frekvence je 73,9 kHz.

Rezonanční výkon dvou snímačů v tlumičové nádrži byl měřen experimentálně a křivky admitancí obou snímačů byly téměř stejné, takže výrobní proces byl proveditelný a vzorky měly dobrou konzistenci. Je uvedena křivka připuštění vody jednoho z válcových piezoelektrických měničů měřená přesným impedančním analyzátorem. Rezonanční frekvence je 72 kHz. Srovnání těchto dvou obrázků ukazuje, že výsledky měření ve vodě jsou velmi blízké výsledkům simulace. To ukazuje, že frekvence vibrací vzorku válcového měniče v zásadě splňuje požadavky na konstrukci.

 měření výkonu převodníku

Systém automatické akustické kalibrace byl použit k měření výkonu dvou kompozitních válcových vodních akustických měničů, jako je odezva vysílacího napětí, citlivost přijímacího napětí a směrovost. Frekvence měření byla od 20 do 100 kHz. Experiment byl proveden v umlčovacím bazénu akustického měřicího centra Velké zdi Radio Factory. Výkony obou převodníků jsou podobné a relativní odchylky jsou do 5 %. Výkon jednoho z piezoelektrický pásek z materiálu PZT41 . Pro analýzu je vybrán Odezva přenosového napětí se mění s frekvencí. Maximální hodnota je 139 dB a šířka pásma 3 dB je 7 kHz. Přijímací citlivost převodníku se měří ve frekvenčním rozsahu 20 až 60 kHz a citlivost přijímacího napětí je -212. (Zvlněná půda 4dB). Výsledky měření směrovosti snímače ukazují, že snímač má v zásadě směrovost horizontální 360, ale kolísání je velké, což je způsobeno především příliš velkým intervalem mezi prvky pole snímače. Oblast záření piezoelektrického prvku je malá. Diagram vertikální směrovosti ukazuje, že šířka paprsku 3dB ve vertikálním směru snímače je 12°.

V piezoelektrickém kompozitním válcovém měniči má kompozitní prvek tloušťku 10 mm, a když je průměr piezoválce 70 mm, je rezonanční frekvence asi 72 kHz. Pokud se zmenší tloušťka kompozitního piezoelektrického prvku a zmenší se průměr válce, rezonanční frekvence Materiál piezo kotoučového měniče může být dále zvětšen, takže když je průměr měniče větší, lze získat vyšší rezonanční frekvenci, čímž se zlepší čistá piezoelektřina. Když má piezokeramický válcový měnič vyšší rezonanční frekvenci, je jeho objem menší a je obtížně zpracovatelný. Kompozitní válcový měnič 1-3-2 má zároveň větší zlepšení šířky pásma než piezoelektrický keramický válcový měnič stejné frekvence a emisní napěťová odezva je srovnatelná s piezokeramikou.

Protože se konstrukční struktura piezoelektrického měniče mírně liší od struktury po výrobě a výrobní proces je třeba zlepšit, je výkon měniče o něco nižší, než očekávaný výsledek výpočtu. Kromě toho je oblast záření prvků pole měničů malá a energie vibrací každého prvku pole je distribuována po obvodu, což má za následek nižší citlivost příjmu. Avšak zvětšením plochy vyzařovacího povrchu prvku pole, zmenšením tloušťky prvku pole a zmenšením rozestupu mezi prvky pole lze zlepšit přijímací citlivost snímače a také zlepšit rovnoměrnost horizontální orientace snímače.